DE2152125A1 - Rolle fuer ein Waelzlager - Google Patents
Rolle fuer ein WaelzlagerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Rolle für ein Wälzlager.
Bei Radiallagern, die relativ leicht belastet sind und die dabei mit hohen Drehzahlen umlaufen, tritt bei Verwendung
von massiven Rollenelementen ein Phänomen auf, das in der Fachwelt als Gleiten ("skidding") bekannt ist. Hierboi
übersteigt die Zentrifugalkraft auf die Rolle um einen | großen Betrag die Kräfte, welche wirksam sind, um den
■.Rollenkontakt aufrechtzuerhalten. Dies führt zu erhöhten
Arbeitstemperaturen des Lager3, einem hohen Geräusch^piegel
und verkürzt zudem die Lagerlebensdauer. Das Gleiten der Rollen kann auch zu einem Durchschlagen des Schmiermittelfilms
des Lagers führen, was seinerseits zu einer Verschlechterung der miteinander in Berührung kommenden Flächen
führt und zur Verkürzung der Lagerlebensdauer beiträgt«
13in weiteres Problem, das bei leichtbelaateten und für
hohe Drehzahlen bestimmten Rollenlagern mit massivem Rollen auftritt, ist, daß die Rollen bei einer vorgegebenen Lager-Bankkonto : Braunacfiwaiglacha Staatsbank, Filial· Bad Ganderahalm, Kto.-Nr. 22.118.970 ■ Poatacheckkonto: Hannover W7 IB Ra/Β t
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größe eine festgelegte Federkonstante haben, welche bei bestimmten Lagerdrehzahlen zu harmonischen Schwingungen
führt, die zu Schaden am Lager führen können und die gegebenenfalls auch, vom Lager zu anderen Teilen der
zugehörigen Maschine übertragen werden und dort weitere Schaden und selbst zerstörende Kräfte hervorrufen können.
Werden Lager dort angewendet, wo der normalen Lagerbelastung Stoßkräfte überlagert sind, so können massive
Rollen und/oder ihre Rollbahnen eine plastische Verformung erfahren, was zu einem schlechten Lauf und frühzeitigem
Lagerausfall führte Auch können, wenn ein Lager
dieser Art Fluchtfehler zwischen Welle und Gehäuse aufnehmen
muß, die Rollen höhere Belastungskonzentrationen ausgesetzt sein, weil nicht die gesamte wirksame Länge
jeder Rolle in Berührung mit den Rollbahnen steht. Dies kann ebenfalls infolge der hohen Spannungen an der Berührungsstelle
und der sich ergebenden Schubspannungen unterhalb der Oberfläche die Lagerlebensdauer verringern.
Bei früheren Versuchen zur Lösung des Problems des Gleitens (skidding) wurden relativ dünnwandige hohle
Rollen verwendet, und es wurde bei massive Rollen aufweisenden Lagern eine Vorbelastung verwendet. Keine von
beiden MaiSnahmen erwies sich als zufriedenstellend, da
die sehr niedrige Federkonstante der dünnwandigen Rollen zu gefährlichen Schwingungsproblemen führt, während
das Vorbelasten von massive Rollen aufweisenden Lagern in dem zum Verhindern des Gleitens notwendigen Ausmaß zu
einem hohen Anlauf-Drehmoment und zu zusätzlichen Problemen mit Wärmeausdehnungsunterschieden führt.
Was das Problem der möglicherweise zerstörerischen harmonischen Schwingungen anbetrifft, so ist bei dieser
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Art von Lagern bisher noch wenig zu seiner Lösung unternommen wordene Der übliche Lösungsweg zum Lösen
des Problems hoher Stoßkräfte war es, die Lager stark überzudimensionxeren; dies reduziert die Wirkungen der
Stoßkräfte, erhöht aber die Gesamt größe und die G-esamtkosten
des Lagers. Das Problem der Fluchtfehler wurde gewöhnlich dadurch berücksichtigt, daß man die Rollen
und ihre Laufbahnen ballig ausführte. (Tonnenlager) Hierdurch kann das Lager den Fluchtfehler ausgleichen,
aber die Länge des Rollenkontakts wird wesentlich vermindert, wodurch sich hohe Spannungen an der Berührungsstelle und starke Schubspannungen unterhalb der Ober- i
fläche ergeben»
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, Nachteile der bekannten Rollen zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird dies bei einer eingangs genannten Rolle dadurch erreicht, daß sie als hohle mit
einer axialen, sie durchdringenden Hittelausnehmung ausgebildet ist, wobei die Dicke der Wand der Rolle eine
Funktion des Durchmessers der Mittelausnehmung, des Durchmessers der Rolle und der Lagerbelastung ist, und
daß der Durchmesser der Mittelausnehmung nicht weniger als 40$ oder mehr als 60$ des Durchmessers der Rolle
beträgtο Durch die Erfindung erhält man also eine f
relativ dickwandige hohle Rolle, welche sich besonders
gut zur Verwendung in Lagern für hohe Drehzahlen und geringe Lagerbelastungen eignet. Die Wandstärke ist
größenmäßig durch einen Bereich von Verhältnissen zwischen dem Durchmesser der axialen Ausnehmung der Rolle und
ihrem Gresamtdurchmesser definierte Die zulässigen Verhältnisse werden aufgrund solcher Faktoren wie angenommene
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Lagerbelastung, Durchfederung der Rolle bei Belastung
und die maximale zulässige Beanspruchung in der Rolle bei Belastung bestimmt.
Durch das -Verringern der Hasse der Rolle ist die auf sie wirkende Zentrifugalkraft kleiner und die Tendenz
zum Gleiten (skidding) wird wesentlich verringert. Zusätzlich werden die erfindungsgemäße Hohlrollen aufweisenden
Lager vorbelastet, um ein Gleiten (skidding) weitgehend zu verhindern und einen sicheren Antrieb des
Käfigs zu gewährleisten. Die Vorbelastung ist hierbei jedoch wesentlich kleiner als diejenige, die bei massiven
Rollen zum Verhindern des Gleitens erforderlich ist. Die Vorbelastung der Hohlrolle wird teilweise durch ihre
Federkonstante bestimmt, und diese wird ihrerseits durch das Verhältnis zwischen der Wandstärke und der angenommenen
Lagerbelastung beeinflußt.
Durch das Ausschalten des Gleitens (skidding),des übermäßigen Verschleißes und des Geräuschs werden auch
hohe Betriebstemperaturen vermieden. Dadurch, daß man Rollen mit einer bestimmten Federkonstanten konstruiert
und verwendet, kann die natürliche Resonanz des Systems bei normalen Betriebsdrehzahlen vermieden werden, wodurch
die Möglichkeit schädlicher Schwingungen in den Lagern oder an anderen Teilen der Maschine stark vermindert wird. Der
erhöhte elastische Verformungsbereich der hohlen Rolle ermöglicht auch eine gleichmäßigere Lastverteilung und
ermöglicht es den Rollen, merklich größere Stoßkräfte aufzunehmen und Fluchtfehler ohne dauerhaften Schaden
am Lager zu kompensieren
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen
und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel
sowie aus den Unteransprüchen0
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Bs zeigen
Jig. 1 eine raumbildliche Darstellung einer relativ
dickwandigen hohlen Rolle nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Schnitt, gesehen längs der Linie 2-2 der Pigο 1, und
Mg. 3 eine Draufsicht in verkleinertem Maßstab auf das Ende einer Rolle, deren Innenausnehmung hier mit
einem dämpfenden Werkstoff gefüllt ist.
In der Zeichnung ist mit 10 eine Rolle für ein Lager bezeichnet, und diese Rolle 10 weist in ihrer
Längsrichtung eine durchgehende zylindrische Innenaus- ™ nehmung 12 auf, deren Durchmesser so gewählt ist, daß
die Wand 14 der Rolle relativ dick ist» Erfindungsgemäß
beträgt der in Pig«. 2 mit B bezeichnete Durchmesser der Innenausnehmung vorzugsweise 40 bis 60$ des Gesamtdurchmessers
D der Rolle 10«, Anders ausgedrückt liegt das Verhältnis B/D im Bereich von 2/5 ... 3/5.
Der angegebene Bereich von B/D-Verhältnissen ergibt eine Rolle, welche für eine bestimmte angenommene Lagerbelastung
die gewünschte Masse, Festigkeits- und Durchfederungseigenschaften
hat,, Ersichtlich kann die Rolle 10 für andere angenommene Belastungen proportional
größer oder kleiner sein, aber der Bereich von B/D-Ver- "
hältnissen bleibt im wesentlichen der gleiche. Das genaue B/D-Verhältnis für einen bestimmten Anwendungsfall wird
so berechnet, daß man eine Rolle mit einer Masse erhält, bei der das Gleiten im wesentlichen vermieden wird - die
normale Betriebsdrehzahl wird bei der Bestimmung der richtigen Masse berücksichtigt -, die die gewünschte
Festigkeit für ein hohe Lagerlebensdauer hat, und die auch die gewünscht en. Durchfederungseigenschaften oder
Federkonetante hat.
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Bei einer so ausgebildeten hohlen Rolle wird die
Durchfederung Y der Rolle durch die Formel bestimmt:
Y = Ο,Ο745·1θ"3. P (1+ 2,78 )
Hierbei bedeuten
Y Durchbiegung in mm
P angenommene Belastung in kp
R Radius bis zur mittleren Dickenachse 16 der
Rollenwand 14 (Pig. 2) in mm e den Abstand zwischen der mittleren Dicken-
aohse und der tragenden neutralen Achse 18,
in im
A die Rechtecksfläche 20 (Fig. 2), also das
A die Rechtecksfläche 20 (Fig. 2), also das
Produkt aus der Rollenlänge L und der Wand-
2
dicke t, in mm .
dicke t, in mm .
Die größte Spannung S, der die Rolle bei Belastung ausgesetzt ist, ergibt sich durch die Formel
q K « P
Hierbei bedeuten
P angenommene Belastung
L Länge der Rolle
L Länge der Rolle
PD Gesamtdurchmesser der Rolle
K eine variable Funktion des Verhältnisses B/D.
Wie oben ausgeführt, wird die Rolle 10 zur Sicherung gegen Gleiten auch einer mäßigen Vorbelastung ausgesetzt,
deren Größe abhängig ist von der Luft (Spiel) zwischen den Rollen und deren Laufbahnen sowie der Federkonstante
der Rollen. Wenn man durch Verringern der Massen der Rollen und duroh Vorbelastung das Gleiten ausschaltet,
werden auoh die Probleme übermäßigen Verschleißes,
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starker Geräuschbildung und hoher Betriebstemperaturen
ausgeschaltet.
Versuche an Lagern mit erfindungsgemäßen hohlen Rollen haben auch gezeigt, daß die Verteilung der Belastung
auf die Rollen besser wird. Dies ist eine Folge der Durchfederungseigenschaften der hohlen Rollen, wodurch
es ermöglicht wird, daß eine größere Anzahl von Rollen die auf das lager wirkende Belastung trägt, und
dies führt seinerseits zu einer verringerten Belastung der einzelnen Rollen und zu einer Verringerung der Auslenkung
der Wellenmitte. Versuchsergebnisse zeigen auch, daß die Kontaktfläche pro Rolle vergrößert wird. Die |
Folge dieser verbesserten Eigenschaften ist eine gleichmäßigere Verteilung der Belastung auf die Rollen und
eine gleichmäßigere Verteilung der auf die einzelnen Rollen wirkenden Belastungen, was seinerseits die Lagerlebensdauer
wesentlich erhöhte
Zusätzliche vorteilhafte Ergebnisse ergeben sich durch den erhöhten Bereich elastischer Verformung bei den erfindungsgemäßen
Rollen. Lager mit solchen Rollen können merklich höhere Stoßkräfte aufnehmen und einen wesentlich
größeren Grad von lluchtfehlern ohne bleibende Lagerschädigung ausgleichen. Auch das Lagergeräusch wird vermindert
- ganz abgesehen von der Ausschaltung der G-leitgeräuache
-, weil die hohle Rolle von Haus aus eine Elastizität aufweist, die es ihr ermöglicht, kleinere
Oberflächen-Unregelmäßigkeiten von Rollen und Laufbahnen zu absorbieren, welche sonst dazu beitragen, den Geräuschpegel
zu erhöhen«. Hierzu kann auch die Ausnehmung 12 der Rolle 10 mit einem Elastomer 22 od.dgl. gefüllt
werden, wie das in Figo 3 dargestellt ist, um die
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schwingungsdämpfenden Eigenschaften der Rolle weiter
zu verbessern. Für die Fällung 22 verwendet man mit Vorteil einen leichten Werkstoff mit guten Dämpfeigenschaft en ο
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß man durch die Erfindung eine neuartige und sehr vorteilhafte
hohle Rolle erhält, die sich besonders gut für Anwendungsfälle mit hoher Drehzahl und kleiner Lagerbelastung
eignete
Patentanwälte Dipl.-Ing. Horst Rose
Dipl.-Ing. Peter Kosel
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Claims (4)
- DlPL-ING. HORST ROSE DIPL-ING. PETER KOSELPATENTANWÄLTE3353 Bad Gandershmm, 19. Oktober 1971 Hohenhöfen 5 Telefon: (05382)2842Telegramm-Adresse: Siedpatent GandershslmUnsere Akten-Nr.: 2"]OA-/2Rollway Bearing Company, Inc.
Patentgesuch vom 19. Oktober 1971Patentansprüche f11J Rolle für ein Wälzlager, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle als hohle Rolle (10) mit einer axialen, sie durchdringenden Mittelausnehmung (12) ausgebildet ist, wobei die Dicke (t) der Wand (14) der Rolle (10) eine Funktion des Durchmessers (B) der Mittelausnehmung (12), des Durchmessers (D) der Rolle (10) und der Lagerbelastung (P) ist, und daß der Durchmesser (B) der Mittelausnehmung (12) nicht weniger als 4O£o oder mehr als 6Oc/o des Durchmessers (D) der Rolle beträgt«, - 2. Rolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß sie zur Verwendung zwischen konzentrischen ringförmi- | gen Laufbahnen, insbesondere in einem Radiallager, ausgebildet ist.
- 3. Rolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß sie zur Verwendung zwischen zueinander etwa parallelen Platten, insbesondere in einem Axiallager, ausgebildet ist.
- 4. Rolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke (t) so bemessen ist, daß die maximale kritische, in der Rolle zulässige Spannung im Bereich von 30...70$ der Streckgrenze bei 0,2$ Dehnung desjenigen Werkstoffes liegt, aua dem die Rolle (10) gefertigt ist.Banfckoito:Braun«cNr*lgitdM8tMttbw*, RtW* Bad α·ηα·Γ·Η·(πι, Kto.-Nr. 22.118.970 . Pottodwdckonto: H«nnov»r 88715 RS/Et209831/04775o Rolle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch, gekennzeichnet, daß sie im Lager unter Vorbelastung angeordnet ist.6o Rolle nach mindestens einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Mittelausnehmung (12) mit einem leichten, dämpfenden Werkstoff (22) gefüllt ist.Patentanwälte Dipl.-Ing. Horst Rose Dipl.-Ing. Peter Kosel209831/0477
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